CN111769556B - 一种低压配电系统的健康评估方法 - Google Patents

Abstract

一种低压配电系统的健康评估方法，属于配电设备技术领域，是基于低压配电系统的检测设备实现的，所述检测设备包括采集模块、数据传输模块、中心服务器和手持终端；通过对检测设备和控制策略的改进,准确把握真实低压配电系统的健康评估结果，以便给出合适的解决措施，提高系统的工作效率和使用寿命，进而减少了维护成本。

Description

一种低压配电系统的健康评估方法

技术领域

本发明属于配电设备技术领域，具体涉及一种低压配电系统的健康评估方法。

背景技术

低压配电设备是现代企业运行必不可少的基础设备，为保障能源正常运作起到主要作用，低压配电设备的运行状态直接影响企业正常运行，因此，能否实时获取运行状态、预测故障、并在故障时第一时间进行安全操作，是提高运行稳定性的关键。

低压配电设备的故障会有各种诱因，设备老化、意外电弧、生物触碰、受潮等等，而在出现较严重的事故之前，可以进行一定的预测，比如湿度过高、生物活动、运行时间等等，结合相关数据，只要在第一时间发现问题并快速反应，可以很大程度避免严重事故的发生。

而现有低压配电设备的管理体系中，设备的检修、维护、更换等主要依赖于人工检测、判断处理，即使有报警，留给维修人员的反应时间也很有限，而一些较新的技术中，虽然可以一定程度上提前预测，但却需要获取大量参数，难度高、不便捷；因此，急需仅需少量参数即可评估，且对整个系统的健康状态有一个量化的衡量，并可据此进行进一步处理。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种低压配电系统的健康评估方法，通过对检测设备和控制策略的改进,准确把握真实低压配电系统的健康评估结果，以便给出合适的解决措施，提高系统的工作效率和使用寿命，进而减少了维护成本。

本发明采用的技术方案是：一种低压配电系统的健康评估方法，是基于低压配电系统的检测设备实现的，所述检测设备包括采集模块、数据传输模块、中心服务器和手持终端，所述健康评估方法包括以下步骤：

步骤一，以配电柜为基本单元，对低压配电系统中每个配电柜所占权重进行计算：

上式中：Q(Am)代表当前配电柜所占权重，Am代表当前配电柜，Im为当前配电柜额定电流，Pm为当前配电柜额定功率，n代表低压配电系统中配电柜的最大数量，m代表当前配电柜的序号且n≥m≥1；

步骤二，每经间隔时间TA，采集模块对每个配电柜的运行参数进行采集，运行参数包括电流、功率、温度、湿度；根据采集的运行参数分别计算出每个配电柜的电流修正值Kmi、功率修正值Kmp、温湿度修正值Kmch；

步骤三，计算配电柜实时老化度L(Am)和系统实时老化度L；

步骤四，根据配电柜老化度和系统老化度的设定阈值，判断系统的健康程度并将处理措施发送到手持终端上；系统的健康程度的判断过程如下：

4.1.当出现L(Am)≥1，L≥1时，属于超寿命工作状态，建议系统整体替换或升级；

4.2.当出现L(Am)≥1，L＜1时，属于超限工作状态，建议更换当前配电柜Am；

4.3.当出现

L＜1时，属于异常工作状态，依据异常状态检修频率公式：F(Am)＝Fm*Kmf*Kf，并根据计算结果来维护当前配电柜Am；

上式中：Kmf为异常状态修正因子、其计算公式为：

Fm为设定的基准检修频率；

Kf为异常状态综合基准修正因子、其计算公式为：

4.4.当出现

L≥1时，属于超限工作状态，建议系统整体替换或升级；

4.5.当出现

L＜1时，属于正常工作状态，建议按照设定的基准检修频率Fm来维护系统。

进一步地，所述配电柜实时老化度L(Am)的计算公式为：

上式中：Tm为当前配电柜标准寿命，Tmab为当前配电柜使用时长，Tms为当前配电柜已使用寿命，Kmi为电流修正值，Kmp为功率修正值，Kmch为温湿度修正值。

进一步地，所述系统实时老化度L的计算公式为：

上式中：φ为黄金分割比

进一步地，所述手持终端中还包括低压配电系统的三维模型可视化处理模块；维修人员借助三维模型可视化处理模块在手持终端上实现旋转查看系统的三维模型，所述三维模型可视化处理模块中系统三维模型的旋转算法为：

X＝x(U²(1-cosα)+cosα)+y(UV(1-cosα)-Wsinα)+z(UW(1-cosα)+Vsinα)

Y＝x(UV(1-cosα)+Wsinα)+y(V²(1-cosα)+cosα)+z(VW(1-cosα)-Usinα)

Z＝x(UW(1-cosα)-Vsinα)+y(VW(1-cosα)+U sinα)+z(W²(1-cosα)+cosα)；

上式中：(x、y、z)代表旋转前任意坐标，(U、V、W)代表旋转支点坐标，α为旋转角度，(X、Y、Z)代表旋转后映射坐标。

进一步地，所述电流修正值Kmi的计算公式为：

上式中：q代表采集次数，imq代表第q次电流采集结果。

进一步地，所述功率修正值Kmp的计算公式为

上式中：q代表采集次数，pmq代表第q次功率采集结果。

进一步地，所述温湿度修正值Kmch的计算公式为

上式中：q代表采集次数，hmq代表第q次湿度采集结果，cmq代表第q次温度采集结果，Cm为标准工作温度，Hm为标准工作湿度。

进一步地，所述间隔时间TA的范围为：1min≤TA≤60min。

采用本发明产生的有益效果:通过对检测设备和控制策略的改进,准确把握真实低压配电系统的健康评估结果，以便给出合适的解决措施，提高系统的工作效率和使用寿命，进而减少了维护成本。

附图说明

图1是本发明的检测设备的示意图；

具体实施方式

参看附图1，一种低压配电系统的健康评估方法，是基于低压配电系统的检测设备实现的，所述检测设备包括采集模块、数据传输模块、中心服务器和手持终端，采集模块设置在低压配电室内，用于检测低压配电系统中各个配电柜的运行参数；采集模块采集的信息通过数据传输模块发送给中心服务器，中心服务器用于实时判断各个配电柜的健康状况并给出处理措施，其处理措施是通过数据传输模块发送到维修人员的手持终端上，用于指导、辅助维修人员对整个系统的维护；所述手持终端中包括低压配电系统的三维模型可视化处理模块，手持终端还包括触摸显示模块，用于查看旋转系统的三维模型；所述健康评估方法包括以下步骤：

步骤一，以配电柜为基本单元，对低压配电系统中每个配电柜所占权重进行计算：

上式中：Q(Am)代表当前配电柜所占权重，Am代表当前配电柜，Im为当前配电柜额定电流，Pm为当前配电柜额定功率，n代表低压配电系统中配电柜的最大数量，m代表当前配电柜的序号且n≥m≥1；

步骤二，每经间隔时间TA，采集模块对每个配电柜的运行参数进行采集，运行参数包括电流、功率、温度、湿度；根据采集的运行参数分别计算出每个配电柜的电流修正值Kmi、功率修正值Kmp、温湿度修正值Kmch；所述间隔时间TA的范围为：1min≤TA≤60min；

步骤三，计算配电柜实时老化度L(Am)和系统实时老化度L；

步骤四，根据配电柜老化度和系统老化度的设定阈值，判断系统的健康程度并将处理措施发送到手持终端上；系统的健康程度的判断过程如下：

4.1.当出现L(Am)≥1，L≥1时，属于超寿命工作状态，建议系统整体替换或升级；

4.2.当出现L(Am)≥1，L＜1时，属于超限工作状态，建议更换当前配电柜Am；

4.3.当出现

L＜1时，属于异常工作状态，依据异常状态检修频率公式：F(Am)＝Fm*Kmf*Kf，并根据计算结果来维护当前配电柜Am；

上式中：Kmf为异常状态修正因子、其计算公式为：

Fm为设定的基准检修频率；

Kf为异常状态综合基准修正因子、其计算公式为：

4.4.当出现

L≥1时，属于超限工作状态，建议系统整体替换或升级；

4.5.当出现

L＜1时，属于正常工作状态，建议按照设定的基准检修频率Fm来维护系统。

维修人员收到步骤四的处理措施后，赶赴现场，根据相关处理措施信息，现场处理故障。

所述配电柜实时老化度L(Am)的计算公式为：

上式中：Tm为当前配电柜标准寿命，Tmab为当前配电柜使用时长，Tms为当前配电柜已使用寿命，Kmi为电流修正值，Kmp为功率修正值，Kmch为温湿度修正值。

上述公式的推导原理为：

低压配电系统有n个配电柜，依次标记为A1、A2、A3……An；假设要计算第m个配电柜Am的实时老化度L(Am)，设Am的标准寿命为Tm，已使用寿命为Tms，使用时长为Tmab，额定电流为Im，额定功率为Pm，标准工作温度为Cm，标准工作湿度为Hm，电流修正值为Kmi，功率修正值为Kmp，温湿度修正值为Kmch，则有：

下面计算Kmi、Kmp、Kmch，

采集模块对配电柜Am间隔监测，其电流观测结果记为im1、im2、im3......imq，功率观测结果记为pm1、pm2、pm3......pmq，温度观测结果记为cm1、cm2、cm3......cmq(温度均转换为开氏温度)，湿度观测结果记为hm1、hm2、hm3......hmq，则：

所述电流修正值Kmi的计算公式为：

上式中：q代表采集次数，imq代表第q次电流采集结果。

所述功率修正值Kmp的计算公式为

上式中：q代表采集次数，pmq代表第q次功率采集结果。

所述温湿度修正值Kmch的计算公式为

上式中：q代表采集次数，hmq代表第q次湿度采集结果，cmq代表第q次温度采集结果，Cm为标准工作温度，Hm为标准工作湿度。

所述系统实时老化度L的计算公式为：

上式中：φ为黄金分割比

维修人员通过手持终端旋转、查看系统的三维模型，需要在手持终端中增设三维模型可视化处理模块，借助其集成的算法实现在二维屏幕上显示三维模型，且使模型绕任意支点旋转，其算法原理为：将绕任意支点旋转的问题进行转换，单位化旋转支点向量，任意坐标(x,y,z)绕单位化后的旋转支点坐标(U,V,W)旋转角度α后的旋转后映射坐标(X,Y,Z)；

所述三维模型可视化处理模块中系统三维模型的旋转算法为：

X＝x(U²(1-cosα)+cosα)+y(UV(1-cosα)-Wsinα)+z(UW(1-cosα)+Vsinα)

Y＝x(UV(1-cosα)+Wsinα)+y(V²(1-cosα)+cosα)+z(VW(1-cosα)-Usinα)

Z＝x(UW(1-cosα)-Vsinα)+y(VW(1-cosα)+U sinα)+z(W²(1-cosα)+cosα)；

上式中：(x、y、z)代表旋转前任意坐标，(U、V、W)代表旋转支点坐标，α为旋转角度，(X、Y、Z)代表旋转后映射坐标。

本发明的进一步改进方案中，可在配电室内安装摄像头，获取音视频影像信息，通过分析音视频影像，对可能引起故障的生物、声音进行辨别；配合安装的检测设备，获取配电柜的开关位、电流、电压、温度、湿度、运行时间、功率等细状态信息及环境信息；再通过分析设备详细状态信息及环境信息，对可能出现故障的时间、部件、异常进行判断，同时，对整体系统的老化度进行自评估，从多方面保证系统稳定运作。

Claims (3)

1.一种低压配电系统的健康评估方法，是基于低压配电系统的检测设备实现的，所述检测设备包括采集模块、数据传输模块、中心服务器和手持终端，其特征在于：所述健康评估方法包括以下步骤：

步骤一，以配电柜为基本单元，对低压配电系统中每个配电柜所占权重进行计算：

上式中：Q(Am)代表当前配电柜所占权重，Am代表当前配电柜，Im为当前配电柜额定电流，Pm为当前配电柜额定功率，n代表低压配电系统中配电柜的最大数量，m代表当前配电柜的序号且n≥m≥1；

步骤二，每经间隔时间TA，采集模块对每个配电柜的运行参数进行采集，运行参数包括电流、功率、温度、湿度；根据采集的运行参数分别计算出每个配电柜的电流修正值Kmi、功率修正值Kmp、温湿度修正值Kmch；

步骤三，计算配电柜实时老化度L(Am)和系统实时老化度L；

步骤四，根据配电柜老化度和系统老化度的设定阈值，判断系统的健康程度并将处理措施发送到手持终端上；系统的健康程度的判断过程如下：

4.1.当出现L(Am)≥1，L≥1时，属于超寿命工作状态，建议系统整体替换或升级；

4.2.当出现L(Am)≥1，L＜1时，属于超限工作状态，建议更换当前配电柜Am；

4.3.当出现

L＜1时，属于异常工作状态，依据异常状态检修频率公式：F(Am)＝Fm*Kmf*Kf，并根据计算结果来维护当前配电柜Am；

上式中：Kmf为异常状态修正因子、其计算公式为：

Fm为设定的基准检修频率；

Kf为异常状态综合基准修正因子、其计算公式为：

4.4.当出现

L≥1时，属于超限工作状态，建议系统整体替换或升级；

当出现

L＜1时，属于正常工作状态，建议按照设定的基准检修频率Fm来维护系统；

所述配电柜实时老化度L(Am)的计算公式为：

上式中：Tm为当前配电柜标准寿命，Tmab为当前配电柜使用时长，Tms为当前配电柜已使用寿命，Kmi为电流修正值，Kmp为功率修正值，Kmch为温湿度修正值；

所述系统实时老化度L的计算公式为：

上式中：φ为黄金分割比

所述电流修正值Kmi的计算公式为：

上式中：q代表采集次数，imq代表第q次电流采集结果；

所述功率修正值Kmp的计算公式为

上式中：q代表采集次数，pmq代表第q次功率采集结果；

所述温湿度修正值Kmch的计算公式为

上式中：q代表采集次数，hmq代表第q次湿度采集结果，cmq代表第q次温度采集结果，Cm为标准工作温度，Hm为标准工作湿度。

2.根据权利要求1所述的低压配电系统的健康评估方法，其特征在于：所述手持终端中还包括低压配电系统的三维模型可视化处理模块；维修人员借助三维模型可视化处理模块在手持终端上实现旋转查看系统的三维模型，所述三维模型可视化处理模块中系统三维模型的旋转算法为：

X＝x(U²(1-cosα)+cosα)+y(UV(1-cosα)-Wsinα)+z(UW(1-cosα)+Vsinα)

Y＝x(UV(1-cosα)+Wsinα)+y(V²(1-cosα)+cosα)+z(VW(1-cosα)-Usinα)

Z＝x(UW(1-cosα)-Vsinα)+y(VW(1-cosα)+U sinα)+z(W²(1-cosα)+cosα)；

上式中：(x、y、z)代表旋转前任意坐标，(U、V、W)代表旋转支点坐标，α为旋转角度，(X、Y、Z)代表旋转后映射坐标。

3.根据权利要求1所述的低压配电系统的健康评估方法，其特征在于：所述间隔时间TA的范围为：1min≤TA≤60min。

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